Бигель Николай Викторович, заместитель главного конструктора НТЦ УГК ОАО «БЕЛАЗ», e-mail: m.bihel@belaz.minsk.by, www.belaz.by
В настоящее время основными типами трансмиссий, применяемых на карьерном транспорте, выпускаемом ОАО «БЕЛАЗ», являются электрическая и механическая.
Электрическая трансмиссия в подавляющем большинстве случаев представлена двумя типами: постоянного тока и асинхронная переменного тока, однако появляются и новые направления — вентильно-индукторные и на постоянных магнитах.
Электроприводы постоянного тока на протяжении длительного времени достаточно эффективно применяются на самосвалах БЕЛАЗ и обеспечивают вполне приемлемые для наших потребителей тяговые, тормозные характеристики и производительность. Это обусловлено тем, что электродвигатели постоянного тока обладают почти оптимальными естественными нагрузочными и скоростными характеристиками, они просты и надежны, не требуют применения сложных преобразователей с большим количеством дорогостоящих силовых IGBT-модулей. Чаще всего их системы управления построены на силовых диодах и тиристорах, что позволяет им быть экономически эффективными и обес-печивающими высокую ремонтопригодность. Ввиду того что на сегодняшний день самосвалы с тяговым электроприводом постоянного тока продолжают пользоваться устойчивым спросом у конечных потребителей, техническими специалистами ОАО «БЕЛАЗ» было принято решение о глубокой модернизации их систем управления. С целью повышения надежности и улучшения технических характеристик доработано управление тиристорами возбуждения, пневматические контакторы заменены на электрические, внедрен датчик частоты вращения вентилятора тормозной установки, путем применения новых прогрессивных материа-лов увеличена рассеиваемая мощность тормозной установки, для защиты тягового генератора и силового выпрямителя внедрен энергопоглотитель, в конструкции электрических машин появились аналоговые датчики температуры. Эти и другие изменения позволили значительно поднять надежность тягового электропривода постоянного тока и увеличить его ресурс. Прогрессивным решением стала разработка на ОАО «БЕЛАЗ» бесконтакторной системы управления. В настоящее время завершены испытания опытного образца самосвала, по результатам которых доработана конструкторская документация, изготовлена и отгружена потребителям опытно-промышленная партия самосвалов БЕЛАЗ-75131 и БЕЛАЗ-75306 в количестве 10 штук, проведена подготовка серийного производства.
Однако электрические машины постоянного тока имеют щеточно-коллекторный узел, который требует систематического проведения технического обслуживания с периодической заменой щеток и уходом за коллектором. Проведение этих операций требует определенных затрат времени и средств. Одним из недостатков является ограничение линейной скорости на коллекторе электродвигателя до 55–60 м/с, что обеспечивает максимальную скорость самосвалов около 45 км/ч. Это не устраивает горнодобывающие предприятия, которые в своей технологии допускают более высокие скорости.
Вопросы снижения времени на техническое обслуживание, увеличение скорости до 64 км/ч и предельных преодолеваемых уклонов успешно решены путем применения на всей линейке выпускаемой продукции Белорусского автомобильного завода асинхронных электроприводов. Простота асинхронного двигателя, отсутствие в его конструкции щеточно-коллекторного узла обеспечивают более высокую надежность электрических машин переменного тока. Периодическое техническое обслуживание в основном сводится к операциям пополнения смазки подшипниковых узлов. Однако отсутствие механического коммутатора (коллектора) в конструкции электродвигателя требует применения коммутирующих силовых полупроводников (IGBT) в составе преобразователя, что в несколько раз увеличивает стоимость асинхронного электропривода по сравнению с аналогом на постоянном токе и накладывает отпечаток на стоимость владения всем самосвалом. Если на постоянном токе замена щеток обходится в несколько десятков долларов, отказавшего силового тиристора или диода оценивается в несколько сотен долларов, то замена IGBT осуществляется в составе модуля и на импортных электроприводах обходится в несколько десятков тысяч долларов. Именно высокая стоимость асинхронного электропривода и его комплектующих позволяет в настоящее время трансмиссиям постоянного тока занимать достаточно большие объемы на рынке.
С целью рассмотрения дальнейшего повышения эффективности работы карьерной техники на карьерных самосвалах БЕЛАЗ грузоподъемностью 90 т был применен вентильно-индукторный электропривод. Одним из его важных аспектов рассматривалась возможность снижения расхода топлива по причине широкой зоны номинальной величины КПД электродвигателя. Отсутствие обмоток на роторе предполагало его более высокую надежность и низкую стоимость. Однако по итогам выполненных работ оказалось, что стоимость вентильно-индукторного электропривода идентична цене асинхронных электроприводов (на что могло повлиять большее количество IGBT-модулей в составе преобразователя). Не удалось пока выявить уменьшения расхода топлива и снижения стоимости владения.
Еще одним вариантом электропривода, прототипы которого уже дважды изготавливались и испытывались на ОАО «БЕЛАЗ», является синхронный привод с электрическими машинами на постоянных магнитах. По утверждению его разработчиков, теоретически данный тип трансмиссии может иметь более высокий КПД и момент, меньшую массу и более низкую стоимость. К сожалению, на первых двух образцах это подтвердить не получилось. Для рассмотрения возможности применения такого типа электропривода на шарнирно-сочлененных самосвалах совместно с российскими разработчиками были проведены предварительные расчеты, которые подтвердили возможность обеспечения требуемых тягово-динамических характеристик, но заявленная стоимость трансмиссии ставила под серьезные сомнения целесообразность этого проекта, и он был остановлен. В мировой практике трансмиссии на постоянных магнитах нашли применение в легковом и городском транспорте, особенно низкопольном, где необходимо обеспечение требуемого момента при ограничении габарита электрических машин. В настоящее время ОАО «БЕЛАЗ» ведет переговоры с белорусскими и российскими компаниями, предлагающими разработки в этом направлении. В случае их успешного завершения будет рассмотрен вопрос целесообразности изготовления еще одного опытного образца, на котором будет проведен комплекс испытаний по определению реальных характеристик и оценка стоимости как самого комплекта, так и затрат на обслуживание в эксплуатации.
Одним из основных показателей конкурентоспособности карьерной техники, по мнению наших потребителей, является стоимость одного тонно-километра перевозимого груза в условиях конкретного горнодобывающего предприятия. Этот показатель учитывает практически все затраты и надежность оборудования. И вполне возможно, потребителей в меньшей степени волнует тип привода, установленного на самосвал.
Поэтому ОАО «БЕЛАЗ» сегодня, ориентируясь на конкретного заказчика, учитывает его пожелания, условия эксплуатации машины, сервисное обслуживание и другие факторы, обеспечивающие высокую производительность в совокупности с минимальными расходами на содержание машины.